(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子（３１８）を特徴付ける方法であって、
ａ）分類ステップにおいて、分類器（１２４）が使用され、前記全体のクラスが選択され、前記選択されたクラスの前記粒子（３１８）は、あらかじめ指定される移動度ｄｍを有するステップと、
ｂ）計数ステップにおいて、計数器（１３０）が使用され、前記選択されたクラスの前記粒子（３１８）の数Ｎが決定されるステップと、
ｃ）電荷決定ステップにおいて、電荷計（１３２）が使用され、前記選択されたクラスの前記粒子（３１８）の電荷Ｑが決定されるステップと、
ｄ）評価ステップにおいて少なくとも１つの形態学的パラメータが、前記電荷Ｑ、前記数Ｎ、および前記移動度ｄｍから決定され、前記形態学的パラメータは、前記粒子（３１８）の凝集状態に関する情報のうち少なくとも１つの項目を含み、
キャリブレータ（１２０）が用いられ、ラインシステム（１１２）が粒子（３１８）の流れを誘導するために使用され、分類器（１２４）、計数器（１３０）、及び電荷計（１３２）がラインシステム（１１２）に接続され、計数器（１３０）及び電荷計（１３２）が、ガイドシステム（１１２）の並列分岐（１３４、１３６）に配置される方法。
【請求項２】
少なくとも一種の形態学的パラメータは、緩い凝集塊クラスと部分的に凝集した粒子と凝集体との間の区別である形態学的凝集塊クラスへの分類に関する情報と、内部気孔率、および／または凝集塊もしくは凝集体の気孔率と、見掛け密度、凝集塊もしくは凝集体の密度と、粒子（３１８）当たりの一次粒子（３１６）の数と、一次粒子サイズａと、一次粒子サイズ分布と、形状因子という情報の項目のうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
スキャンステップにおいて、前記方法のステップａ）〜ｃ）が、個々に、グループで、または全体で、繰り返し実行され、前記総量の異なるクラスが各繰返しで選択される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記評価ステップで、前記電荷Ｑ、前記数Ｎおよび前記移動度ｄｍと、前記形態学的パラメータとの間の既知の関係が使用され、該既知の関係は、少なくとも１つの較正関数、および／または経験的、半経験的、または分析的な手段により決定される較正曲線（３２０、３２２、３２４）を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
感度Ｓが前記電荷Ｑおよび前記数Ｎから形成され、前記感度Ｓは前記電荷Ｑおよび前記数Ｎの関数である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記電荷Ｑおよび前記数Ｎは、異なる移動度ｄｍを有する複数の異なるクラスに対して決定され、前記形態学的パラメータを決定するための前記評価ステップにおいて、前記形態学的パラメータでパラメータ化される適合関数（４１０）が、前記電荷Ｑおよび前記数Ｎ、および／または前記電荷Ｑおよび前記数Ｎから形成される感度Ｓに合わせられ、前記感度Ｓは前記電荷Ｑおよび前記数Ｎの関数である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記形態学的パラメータを使用する評価ステップにおいて、前記変数ｄｍ、Ｑ、およびＮと異なる少なくとも１つのターゲット変数Ｘが決定され、前記ターゲット変数Ｘは、前記粒子（３１８）の前記選択されたクラスを少なくとも部分的に特徴付ける、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ターゲット変数Ｘは、前記粒子（３１８）の数と、前記粒子（３１８）の表面積と、前記粒子（３１８）の体積と、前記粒子（３１８）の質量と、前記粒子（３１８）の形状因子と、凝集塊当たりの一次粒子（３１６）の数と、表面分布と、体積分布と、質量分布と、形状因子分布と、数の分布と、内部気孔率および／または凝集塊もしくは凝集体の気孔率と、見掛け密度と、凝集塊もしくは凝集体の密度というターゲット変数のうち少なくとも１つを含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも前記方法ステップａ）〜ｃ）が、異なる移動度ｄｍを有する異なるクラスで繰り返され、それぞれの場合に、前記ターゲット変数Ｘが突き止められ、ターゲット変数分布が、移動度ｄｍの関数としてのターゲット変数分布が突き止められる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
サンプリングステップにおいて、選択されたクラスの若干量の前記粒子（３１８）が取り出され、前記取り出された粒子（３１８）の前記量が、イメージング法に導入される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
粒子（３１８）を特徴付けるための装置（１１０）であって、
ａ）前記総量のクラスを選択するように設計され、前記選択されたクラスの前記粒子（３１８）はあらかじめ指定される移動度ｄｍを有する分級器（１２４）という要素と、
ｂ）前記選択されたクラスの前記粒子（３１８）の数Ｎを決定するように設計される計数器（１３０）という要素と、
ｃ）前記選択されたクラスの前記粒子（３１８）の電荷Ｑを決定するように設計される電荷計（１３２）という要素と、
ｄ）前記電荷Ｑ、前記数Ｎ、および前記移動度ｄｍから少なくとも１つの形態学的パラメータを決定するように設計され、前記形態学的パラメータは、前記粒子（３１８）の凝集塊状態に関する情報のうち少なくとも１つの項目を含み、
装置（１１０）が、粒子（３１８）の流れを誘導するためのラインシステム（１１２）を含み、分類機（１２４）、計数器（１３０）、及び電荷計（１３２）がラインシステム（１１２）に接続され、計数器（１３０）及び電荷計（１３２）が、ガイドシステム（１１２）の並列分岐（１３４、１３６）に配置される装置（１１０）。
【請求項１２】
前記計数器（１３０）が接続される第１の分岐（１３４）を通る第１の部分流量と、前記電荷計（１３２）が接続される第２の分岐（１３６）を通る第２の部分流量との間の分岐比が、既知である、または設定可能であり、前記第１の部分流量および前記第２の部分流量が等しい請求項１１に記載の装置（１１０）。
【請求項１３】
少なくとも１つの試料採取器（１２８）を、具体的には前記ラインシステム（１１２）に接続される試料採取器（１２８）をさらに含み、前記試料採取器（１２８）は、選択されたクラスの若干量の前記粒子（３１８）を取り出し、かつイメージング法および／または化学分析に導入するように設計される、請求項１１又は１２に記載の装置（１１０）。
【請求項１４】
前記分級器（１２４）は、静電分級器、拡散分級器、固着分級器、粒子質量分級器のうち少なくとも１つを有する、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の装置（１１０）。
【請求項１５】
計数器（１３０）は、凝縮粒子計数器および／または凝縮核計数器、レーザ計数器、帯電した粒子（３１８）により引き起こされる電流から粒子数および／または粒子流量を推測するように設計される静電計数器のうち少なくとも１つを有する、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の装置（１１０）。
【請求項１６】
定義された電荷状態を前記粒子（３１８）、および／または前記粒子（３１８）の前記選択されたクラスに課すように設計される少なくとも１つの電荷状態生成器（１２２）を、具体的には前記分級器（１２４）の上流に接続される少なくとも１つの電荷状態生成器（１２２）、および／または前記分級器（１２４）の下流に接続される１つの電荷状態生成器（１２２）をさらに含む、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の装置（１１０）。
【請求項１７】
環境解析の分野、及び／又は労働安全又は毒物学の分野、プロセス制御の分野から選択される分野におけるエアロゾルモニタリング方法であって、
少なくとも一種のエアロゾルの使用に基づいて用いられる方法で、エアロゾルは装置（１１０）によりモニターされ、
請求項１１〜１６の何れか１項に記載の装置（１１０）が使用されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子の総量の特性決定のための方法および装置に関する。より詳細には、粒子は、エアロゾル粒子とすることができ、具体的には、微粒子および／またはナノ粒子とすることができる。本発明は、さらにエアロゾル監視における装置の使用に関する。本発明による方法および装置は、たとえば、環境の分析、作業場の保護、またはプロセス監視の分野で使用されることができる。
【背景技術】
【０００２】
「エアロゾル」は、一般に、固体および／または液体の浮遊粒子（一般に、以下で「粒子」とも呼ばれる）、ならびに気体媒体の、具体的には空気の混合物を意味するために以下で使用される名称である。一般的な言葉で言えば、本発明は、粒子を特徴付けるための方法および装置に関する。上記のエアロゾルは、具体的には、マイクロメートル領域、すなわち、＜１、０００μｍの領域、および／またはより好ましくはナノメートル領域、すなわち、＜１、０００ｎｍの領域の粒子を有するエアロゾルを意味する。
【０００３】
エアロゾルの調査および特性決定は、自然科学、技術、医学、および日常生活の様々な領域で重要な役割を果たす。例として、エアロゾルの表面分布および表面形態が、たとえばナノ粒子の毒性、ならびにたとえばエアロゾルおよびナノ粒子により引き起こされる作業場汚染の評価にとって決定的影響を与えることができるので、エアロゾルおよびエアロゾル粒子の表面特性決定が、環境分析および医学の分野で重大な役割を果たす。
【０００４】
粒子の構造の知識は、具体的には凝集構造の知識は、ナノ粒子の作業場汚染評価、吸入毒性の可能性のパラメータ化、および気体ナノスケール粒子の合成におけるプロセス制御に不可欠である。粒子形成をオンラインで観測することは、同様にたとえば気象学、気候研究、またはエアロゾル物理学といった多くの別分野でとても興味深い。
【０００５】
具体的には、気体で運ばれるナノスケール粒子が、すなわち、たとえば＜１，０００ｎｍのサイズを有する粒子、またはさもなければマイクロメートル粒子、すなわち、たとえば＜１、０００μｍのサイズを有する粒子が、しばしばいわゆる一次粒子）の凝集塊または凝集体、すなわち焼結した凝集塊の形をとる。この場合、凝集塊の構造は、たとえば鎖および／または分岐のやり方で緩く連結される、またはおそらく球状にさえ焼結される。
【０００６】
粒子またはエアロゾルを特徴付けるために、オンラインであれオフラインであれ、粒子の特性に関する重要な言明が行われることができるようになる多数の異なる装置および方法が開発されている。以下の本文では、「オフライン」測定は、本明細書では気体流と関係なく測定が、たとえば時間のずれを伴い、および／または別個の装置で達成される測定である。対照的に、「オンライン」測定は、直接、かつ大きな時間のずれが少しもなく行われる測定であり、たとえばリアルタイム測定、または少なくともほぼリアルタイムで行われる測定である。
【０００７】
本明細書において、そのような粒子の検出および計数が、具体的にはナノ粒子の分野で既に重要な役割を果たしている。多数の異なるタイプの粒子計数器（ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｃｏｕｎｔｅｒ）が知られ、市販されており、異なる測定原理に基づいている。たとえば、１つの測定原理は、たとえばレーザ光といった光による検出に基づいている。そのようなレーザ粒子計数器の一例が、国際公開第９１／０８４５９号パンフレットで開示されている。極微粒子（ｕｌｔｒａ  ｓｍａｌｌ  ｐａｒｔｉｃｌｅ）のための別の粒子計数器または粒子検出器は、たとえば国際公開第２００７／０００７１０号パンフレットで開示されている粒子計数器が、荷電効果に基づいている。散乱光法（たとえば、散乱レーザ光）に基づくオンライン測定技法などの別のオンライン測定技法も知られている。国際公開第２００７／０００７１０号パンフレットで開示されている粒子センサなどの別の計数器および検出器が、静電原理に基づいている。たとえば従来の光技法を使用することが比較的困難な低い方のナノメートル領域の粒子といった非常に微小な粒子さえ検出することができるように、具体的には、いわゆる凝縮核計数器または凝縮粒子計数器（ＣＰＣ）を使用することもできる。これらの計数器または検出器では、これらの粒子周辺に凝縮物のスリーブを提供することにより、たとえばブタノールを含む凝縮物の薄膜を堆積させることによって、粒子のサイズが人工的に大きくされる。次に、このやり方でサイズが大きくなった粒子は、比較的容易に検出されることができる。米国特許第４，７９０，６５０号明細書が凝縮物粒子計数器の一例を開示している。
【０００８】
純粋に粒子を検出および計数するほかに、粒子の検出に対応して一緒に、分類も役割を果たす。従来、粒子は粒子の移動度、すなわち粒子の速度と粒子に作用する力の比に従って、粒子をクラスまたは部分に分類することにより、電気力学的やり方で分類される。電気的に帯電した粒子の場合、具体的にはいわゆる電気移動度（しばしばＺとも呼ばれる）が、すなわち粒子の速度と粒子に作用する電場の比がこの場合には使用される。
【０００９】
液体または流体（気体または液体）中を移動する物体の移動度は、通常いわゆる移動度径ｄｍにより表される。移動度径は、しばしば移動度相当径とも呼ばれる。これは、流体（たとえば使用されるキャリアガス）中で上記移動度を有する仮想球の直径である。
【００１０】
たとえば粒子の移動度に従って粒子を分離することを意図する多数の装置および方法が分類のために開発されている。一例が、いわゆる微分型移動度分析器（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ａｎａｌｙｚｅｒ、ＤＭＡ）である。これらの分析器は一般に、たとえば可変のまたは固定のあらかじめ指定される幾何学的寸法の関数、および／または可変のまたは固定のあらかじめ指定される電圧の関数として、粒子流から特定の電気移動度の粒子だけを通過させることができる可変電気フィルタである。そのような微分形移動度分析器の例が、国際公開第２００７／０１６７１１号パンフレットで公開されている。このタイプの分級器が、特定のフィルタにかけられたクラス中の粒子の数または濃度が直接カウントされるようにする対応する計数器にしばしば接続される。このやり方では、たとえば、クラスを変更することにより、粒子の総量の濃度分布および粒子サイズ分布を決定することができる。そのような機器は、たとえば、小さな構造差を有するが、「ＤＭＰＳ」機器（微分型移動度粒径測定器）、ＳＭＰＳ（走査型移動度粒径測定器）、またはＦＭＰＳ（高速移動度粒径測定器）と呼ばれ、以下の本文ではこれらの原理間の違いは重要ではない。測定器または計数器に直接接続されるそのような分級器システムの例が、たとえば米国特許出願公開第２００６／０２８４０７７号明細書、米国特許出願公開第２００４／００８０３２１号明細書、英国特許第２３７８５１０号明細書、英国特許第２３７４６７１号明細書、英国特許第２３４６７００号明細書、または国際公開第９９／４１５８５号パンフレットで開示されている。
【００１１】
帯電している粒子または粒子流は、従来技術から知られる多くの方法または装置で重要な役割を果たすので、粒子上に所定の電荷を作り出すことができる多数の装置が開発されている。以下で「荷電状態生成器」または「チャージャ」とも呼ばれるこれらの装置が、たとえば粒子上に特定の電荷分布（たとえば、粒子が１つ、２つ、またはそれより多い正および／または負の素電荷を受け取る確率）、または固定してあらかじめ指定される数のそのような電荷を作り出すことができる。そのような装置の一例が、欧州特許第１６７８８０２号明細書、国際公開第００／７８７４４７号パンフレット（この場合、ＤＭＡおよびＣＰＣと関連する）、または独国特許第１９８４６６５６号明細書で開示されている。同数の正電荷および負電荷が作り出された場合、そのような荷電状態生成器はしばしば、たとえば米国特許第６，１４５，３９１号明細書で開示されるなどの中和装置とも呼ばれる。
【００１２】
上記で説明されたように、粒子の、具体的にはエアロゾルのオンライン特性決定粒子では、球形相当の粒子サイズが一般に仮定される。この場合、移動度径ｄｍが常に使用されるので、このことは、たとえば上述のＤＭＰＳ法、ＳＭＰＳ法、およびＦＭＰＳ法の基礎である。しかし、このことは、確認された特性値がさらに使用される場合、潜在的に重大な誤差を生む可能性がある。例として、異なるタイプの凝集塊が区別されることができない。さらに、直径の誤差はまた、３乗まで粒子の体積計算に、したがって（密度が知られている場合）粒子の質量計算にも作用する。質量濃度の決定で生じる誤差は重大である。既知の方法および装置の不正確さはまた、粒子表面積の計算で非常に顕著になり、粒子表面積では、直径の誤差が２乗まで作用する。このことは、具体的には粒子の表面積および表面分布が重大な役割を果たす毒物学の分野では既知の方法および装置の重大な不利な点となる。さらに、たとえば棒の形状、球の形状、板の形状の間の差、または同様の形状差が役割を果たす形状因子が、既知の方法を使用してほとんど検出されることができない。
【００１３】
したがって、一次粒子径、凝集塊粒子当たりの一次粒子数、および凝集塊の形状因子についてのオンライン決定、ならびに別の表面特異的パラメータのオンライン決定が結局、市販の測定方法を使用して行われることがほとんどできない。これらのパラメータを決定するために、従来オフライン測定法が使用され、この場合、粒子の一部を別の特性決定法に導入するために、粒子の一部が、たとえば試料採取器（ｓａｍｐｌｅｒ）により総量から取り出される。例として、これらの別の特性決定法は、たとえば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、または原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）といったイメージング特性決定法とすることができる。試料が総量から取り出されることができるこのタイプの試料採取器の例が、たとえば、国際公開第２００４／００９２４３号パンフレット、または特開２００７−１２７４２７号公報で開示されている。しかし、上記のオフライン法は、費用や時間がかかり、具体的には、たとえばプロセスパラメータ、製造パラメータ、または作業場での保護の分野における安全測定についてといった特性決定についての評価に基づくオンラインの特性決定および／または制御を可能にしない。
【００１４】
粒子径についての上記の問題を解決する別の手法が、粒子径が計測学的方法ではなく荷電理論、および凝集塊上に作用する抗力に関係する理論に基づき決定されるという事実に基づく。そのような理論的または半経験的な方法の一例が、Ａ．Ｌａｌｌらによる「電気移動度分析による超微細凝集体の表面積分布および体積分布のインライン測定：Ｉ．理論的分析（Ｏｎ−ｌｉｎｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｕｌｔｒａｆｉｎｅ  ａｇｇｒｅｇａｔｅ  ｓｕｒｆａｃｅ  ａｒｅａ  ａｎｄ  ｖｏｌｕｍｅ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ  ｂｙ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ａｎａｌｙｓｉｓ：Ｉ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ）」、Ａｅｒｏｓｏｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３７（２００６）２６０−２７１、および「電気移動度分析による超微細凝集体の表面積分布および体積分布のインライン測定：ＩＩ．測定値と理論の比較（Ｏｎ−ｌｉｎｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｕｌｔｒａｆｉｎｅ  ａｇｇｒｅｇａｔｅ  ｓｕｒｆａｃｅ  ａｒｅａ  ａｎｄ  ｖｏｌｕｍｅ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ  ｂｙ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ａｎａｌｙｓｉｓ：ＩＩ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｏｒｙ）」、Ａｅｒｏｓｏｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３７（２００６）２７２−２８２、で得られることができる。ここで説明されるモデルは、凝集塊に作用する抗力、および凝集塊の帯電効率に関係する計算を使って、ＤＭＡまたはＳＭＰＳを用いて行われる移動度分析を組み合わせる。同時に制約となる多数の仮定に基づく理論的手法が使用される。たとえば、凝集塊は一次粒子を含むと仮定される。後者は球形でなければならず、前もって既に知られている一次粒子サイズａを有する。さらに、凝集塊の表面は、アクセス可能でなければならない。このことは、一次粒子が互いに点在することを意味し、たとえば、凝集塊が、明らかに融合している一次粒子を有することを除外する。したがって、この方法は、部分的に焼結した凝集塊（凝集体）に適用されることができない。したがって、結局、説明されたモデルは、モデルが現実的結果を提供するように満たされなければならない、モデルに基づく制約および仮定を多数含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、上記で説明された既知の方法および装置の不利な点を回避する、粒子の総量を特徴付けるための方法および装置を具体的に述べることが本発明の目的である。具体的には、この方法および装置は、正確な粒子幾何形状に依存する、特徴的なターゲットサイズ、および／または同様にこれらのターゲットサイズの分布のオンライン決定ができるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的は、独立請求項の特徴を有する方法および装置により達成される。本発明の有利な成果が独立請求項で例示される。すべての請求項の表現が、参照により本明細書中に含まれる。
【００１７】
処理中、直接、または少なくとも間接的に形態学的情報の少なくとも１項目が得られることができる装置および方法自体が知られている、粒子を特徴付けるための装置および方法を組み合わせることが本発明の基本的考え方である。以下で「形態学的パラメータ」と呼ばれる上記の形態学的情報は、粒子の凝集塊状態に関する形態学的情報の項目を、より正確には、粒子が、部分的に焼結した凝集体として、あるいは完全に凝集した凝集体または凝集塊として、緩く焼結した（鎖形の、または分岐した）凝集塊の形で存在するかどうかに関する情報を含むものである。したがって、たとえば、形態学的クラスへの分類が行われることができる。しかし、形態学的集塊クラスへの分類に関する情報の項目の代わりに、またはそれに加えて、少なくとも１つの形態学的パラメータが別の情報を含むことができる。たとえば、形態学的パラメータは、粒子当たりの一次粒子の数、および／または一次粒子サイズａ、および／または一次粒子サイズ分布、および／または形状因子を有することができる。形状因子は、たとえば、板の形状、棒の形状、管の形状、または同様の形態を区別する因子である。形態学的パラメータはまた、内部気孔率、および／または凝集塊もしくは凝集体の気孔率、および／または見掛け密度、および／または凝集塊もしくは凝集体の密度を含むことがある。以下でより詳細に例が説明される。
【００１８】
したがって、Ａ．Ａ．Ｌａｌｌらの上記で説明された刊行物などの既知の半経験的および理論的な手法とは対照的に、本発明は、粒子の形態に関する仮定、または既知の情報が使用される必要がないが、この場合、緩く焼結した凝集塊、部分的に焼結した凝集体、または完全に焼結した凝集塊、すなわち、たとえばほぼ球形の凝集塊のどちらが存在するかという区別が形態学的やり方で行われることができる方法を提供する。
【００１９】
すなわち、粒子の総量を特徴付ける方法が提案される。この場合、総量は、粒子の量であり、好ましくは固体粒子および／または懸濁粒子としての小滴の量であり、量は上記の粒子を多数、好ましくは１００個の粒子より多く、より具体的には１、０００個の粒子より多く含む。粒子のこの総量は、具体的には、エアロゾルである。すなわち、たとえば空気中の粒子といった、気体で運ばれる粒子である。粒子は、具体的には微粒子、および／または好ましくはナノ粒子でもよい。「エアロゾル」、および「微粒子」または「ナノ粒子」という用語の定義に関しては、上記の説明を参照できる。
【００２０】
本発明により提案される方法は、以下に例示される方法ステップを含み、該方法ステップは、例示される順序で実行されることが好ましい。しかし、例示される順序以外の順序も実行可能である。さらに、該方法に列挙されない追加のステップが実行されることができる。さらに個々の方法ステップ、または方法ステップのグループが、繰り返し実行される、または、さらにそれらのステップが時間に関して少なくとも部分的に重なるように実行されることも可能である。方法は以下のステップを含む。
【００２１】
ａ）分類ステップにおいて、総量のクラスが選択され、選択されたクラスの粒子は、あらかじめ指定された移動度ｄｍを有する。
【００２２】
「移動度」という用語に関しては、上記の説明を参照することができる。「移動度」は、広い観点から考えられるべきであり、分類のために使用される方法に依存する。一般に、この用語は、力の作用に対する反作用として、粒子により仮定される移動状態と力自体の間の関係を説明するように意図されている。この一例が比例定数である。移動度の正確な定義は、具体的には使用される分類法に強く依存することがあり得る。この一例が電気移動度である。移動度は、拡散分離器（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｓｅｐａｒａｔｏｒ）ではたとえば拡散相当径（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  ｄｉａｍｅｔｅｒ）、ナノインパクタ（ｎａｎｏ−ｉｍｐａｃｔｏｒ）では固着相当径でもあり得る。移動度はまた、具体的には機械的移動度でも、具体的に好ましくは電気力学的移動度でもよい。しかし、実際の意味での特定の移動度の代わりに、またはそれに加えて、移動度に一意に関係する変数を使用することもできる。したがって、以下の本文は、別の可能な定義を制限することなく、同様に用語ｄｍにより示される移動度径を使用して「移動度」という用語を示す。上記で例示されたように、この移動度径の場合の仮定が、粒子は移動度径ｄｍを有する球であるということである。
【００２３】
クラスを選択するとき、固定してあらかじめ指定される移動度を選択できる。しかし、代わりに、またはさらに、一般的に実際は、最も正確な分類法でさえ、常に一定の最小分解能があるので、または移動度区間が故意に選択されるものであるので、あらかじめ指定される移動度は、移動度の開区間、半開区間、または閉区間を含む。
【００２４】
分類ステップを実行するために、以下の装置の説明でより詳細に説明されるように、原則的にすべての既知の分類法および／または分類装置を、たとえば導入部で説明された従来技術から知られる分類法を使用することができる。具体的には、ＤＭＡを使用するなどの静電気分離法の使用が好まれる。
【００２５】
この場合、「選択」は、残っている粒子の選択されたクラスが、この選択されたクラスを別個に使用するために、総量から分離されることを意味するものとして理解されることが好ましい。例として、粒子の総量が、貯蔵コンテナおよび／またはラインシステム内に存在することがあり、この場合、選択されたクラスは、たとえば選択コンテナおよび／またはラインシステム内に出力される。
【００２６】
ｂ）提案される方法は、計数ステップをさらに含む。この計数ステップにおいて、選択されたクラスの粒子数Ｎが決定される。
【００２７】
「数」は、今度は、選択されたクラスの限定された量の数を直接意味するものと理解されることができる。このことは、具体的には選択されたクラスの粒子が、たとえば密閉容器内で利用可能になる場合、または選択されたクラスが別のやり方で閉ざされた場合に事実であることがある。しかし、選択されたクラスの粒子の絶対数の決定の代わりに、またはそれに加えて、今度は、たとえば粒子流量といった数と直接相関がある変数が使用されることもできる。このことは、選択されたクラスが、たとえば選択されたクラスが連続して利用可能になる粒子流の形で連続して利用可能になる場合、特に役立つ。この場合、粒子流量が、すなわち、たとえば時間単位当たり送り管を通って流れる粒子数、体積流量、および同種のものが、数Ｎとすることができる。
【００２８】
計数ステップを実行するためには、原則的に、今度はすべての既知の計数法が、たとえば従来技術から既知の上記で説明された計数法を使用することができる。可能な実施形態については、今度は、装置の以下の説明、または例示的実施形態が参照される。
【００２９】
ｃ）別の方法ステップ（電荷決定ステップ）において、選択されたクラスの粒子の電荷Ｑが決定される。
【００３０】
粒子数Ｎと類似して、今度は、たとえば粒子の選択されたクラスの限られた量の絶対電荷、および／またはラインシステムのパイプ部分内、または測定箱内に存在する粒子の絶対量といった絶対電荷を決定することができる。総電荷、または粒子数が既知の場合、平均電荷がここで決定される。総電荷の代わりに、またはそれに加えて、今度は、粒子数Ｎに類似して、たとえば電流Ｉまたは電流密度といった相関する変数を使用することもできる。たとえば、時間単位当たりに流れる電荷、すなわち電流Ｉを決定することができる。このことは具体的には、測定が連続して行われる上記で説明された場合に、すなわちたとえば選択されたクラスが連続して利用可能になる場合に役立つ。この場合、今度は、原則的に、たとえば上記で説明された方法といった、従来技術から知られる電荷決定のためのあらゆる方法を使用することができる。たとえば、ＮＳＡＭを使用して測定された電流Ｉを、「電荷Ｑ」として直接使用できる。別の可能な実施形態については、上述の可能な装置の説明が参照される。
【００３１】
選択されたクラスの粒子に最初の段階で電荷を加えるために、粒子間摩擦、または互いの間の粒子の衝突の影響などの自然のメカニズムを使用することができる。しかし、以下でより詳細に説明されるように、具体的には、選択されたクラスの定義された電荷状態が達成される別の電荷生成ステップを実行することが好ましい。
【００３２】
ｄ）別の方法ステップ（評価ステップ）において、電荷Ｑ、数Ｎ、および移動度ｄｍから少なくとも１つの形態学的パラメータが決定される。
【００３３】
上記で説明されたように、形態学的パラメータは、粒子の凝集塊状態に関する形態学的情報を含む。この形態学的パラメータは、たとえば、１つまたは複数の数、ベクトル、行列、または形態学的クラスへの分類を含むことができる。少なくとも１つの形態学的パラメータが以下の項目の情報を、すなわち、具体的には緩い凝集塊と部分的に凝集した粒子と凝集体の間の区別といった形態学的凝集塊クラスへの分類に関する情報、粒子当たりの一次粒子数、一次粒子サイズ、一次粒子サイズ分布、形状因子を含むならば特に好ましい。
【００３４】
この場合、一次粒子サイズａは、個々の粒子が形成される一次粒子のサイズ（これは、たとえば直径および／または半径を意味する）を意味するものと理解される。具体的には凝集塊は、一般にたとえば球形の一次粒子、または容易に決定されることができる簡単な幾何形状の別のタイプの一次粒子から形成されるので、そのような一次粒子は、一般にたとえばイメージングオフライン測定といった、たとえばオフライン測定により従来の方法で決定されることができる（たとえば円、および／または正方形および長方形などの別の幾何学的基本要素を２次元画像に合わせる手段を用いるといった、たとえば画像評価法による）。具体的には、凝集塊の場合、第１近似で、一次粒子の表面積の総計が全粒子の表面積を作り上げる、および／または一次粒子の体積の総計が全粒子の体積を作り上げると仮定することができる。類似して、たとえば、一次粒子サイズ分布を、たとえば平均一次粒子サイズ、または粒子内部の一次粒子サイズ分布を考慮することにより見積もることも可能である。
【００３５】
以下でより詳細に説明されるように、少なくとも変数Ｑ、Ｎ、およびｄｍと、形態学的パラメータとの間の一意の関係をおおむね確立することができる。この関係は、たとえば経験的、半経験的、あるいは分析的または理論的な考察を使用して得られることができる。例として、この関係は、単一変数関数、多変数関数、グラフ、値のテーブル、電子的テーブルの形式、または同様の形式で記録され、方法ステップｄ）で使用することができる。
【００３６】
評価ステップはまた、連続して２つ以上の形態学的パラメータを決定することを含むことができる。たとえば、変数Ｑ、Ｎ、およびｄｍ間の既知の関係を使用して、たとえば緩く凝集した鎖型状態または分岐状態といった特定の形態学的クラスが存在すると結論づけることができる。このことが行われるのは、たとえば、以下に説明されるように、あらかじめ指定されるｄｍについて、特定の形態学的クラスが粒子数当たりの特定の電流を生み出し、その結果、粒子数当たりの上記電流が実際に測定された場合、上記クラスが存在するに違いないということが分かったときである。この場合、その形態学的クラスが存在するに違いないという知識から、別の形態学的パラメータを推測することが可能であり、このことは通常、従来の方法で仮定されているが、本発明の方法で得られる。たとえば、以下で詳細に説明されるように、較正関数をこの目的で使用することができる。たとえば、変数Ｑ、Ｎ、およびｄｍから、確認された形態学的クラスに対して有効な較正関数を用いて、一次粒子サイズａ、または一次粒子サイズ分布さえも確認することができる。
【００３７】
従来技術から知られる方法および装置の上述の問題は、提案される方法を使用してエレガントに使用されることができる。たとえば、オンラインで決定することができる形態学的パラメータに基づき、表面積、体積、凝集塊もしくは凝集体当たりの一次粒子数、内部気孔率および／または凝集塊もしくは凝集体の気孔率、見掛け密度、凝集塊もしくは凝集体の密度、あるいは同種のものなどの多数の別の特徴的な変数（以下で「ターゲット変数」と呼ばれる）を決定することができるので、提案される方法により、具体的には粒子総量のオンライン特性決定が可能になる。したがって、測定変数から、具体的にはナノスケール凝集塊の多数の別の構造パラメータを決定することができるこの決定は、オフライン分析の助けなしに行われることができることが好ましい。この場合、簡単な球形モデルの移動度径から、たとえば一次粒子モデルといった、形態学的外観を考慮に入れるより現実的なモデルへの変更があるので、既知の方法および装置で可能なよりも相当高い精度でターゲット変数を決定することができる。このやり方で、具体的には粒子の毒性、環境適合性、反応性、または同様の特性が、従来の方法を使った場合よりもはるかによく予測または見積もられることができる。測定はオンラインで行われるので、提案される方法はさらに、たとえば開ループおよび／または閉ループのプロセス制御のために、様々な利用可能な測定装置で、迅速で費用効率の高いやり方で問題なく実現されることができる。
【００３８】
上記で例示された基本形において提案される方法は、様々な方法でさらに有利なように展開されることができる。下記で説明される展開は、個別にまたは組み合わせて実現されることができる。
【００３９】
たとえば、上記で例示された方法は、まず個々に選択されたクラスに対する形態学的パラメータの決定について説明している。しかし、既に説明されたように、この方法はまた繰り返されることができる。このことは、特に、いわゆるスキャンに対して、すなわち、異なる移動度ｄｍ、すなわち少なくとも完全に一致するわけではない異なる移動度ｄｍを有する異なるクラスが次々と選択される方法に対して有用である。これらの異なるクラスについては、次に、説明された方法に従って、形態学的パラメータがそれぞれの場合で決定され、その結果、移動度ｄｍの関数としての一次粒子サイズ分布が突き止められることができる。この目的を達成するために、具体的には方法ステップａ）〜ｃ）を繰り返して実行することが可能である。同様に、評価ステップも繰り返されることができる、または方法ステップａ）〜ｃ）で突き止められた変数すべてが、その後の全体の評価ステップにおいて評価され、たとえば移動度ｄｍの関数としての一次粒子サイズ分布といった形態学的パラメータの分布に変換されることができる。既に上記で示されたように、次に、この分布から、たとえば表面分布、一次粒子サイズ分布、体積分布、質量分布、形状因子分布、または同様の分布といった多数の別の分布を推測することができる。
【００４０】
同様に上記で示されたように、評価ステップにおいて、電荷Ｑ、数Ｎ、および移動度ｄｍと、形態学的パラメータとの間の既知の関係が使用可能である。この既知の関係は、たとえば経験的、半経験的、または分析的な手段により決定される少なくとも１つの評価関数（以下で較正関数とも呼ばれる）を含むことができる。しかし、評価関数は、本明細書では必ずしも従来の意味での関数として理解されないが、たとえば、この用語はまた、たとえば１つまたは複数のテーブルまたは行列内に記録された較正値、および／またはたとえば形態学的パラメータ（たとえば一次粒子サイズａ）でパラメータ化される多変数曲線といった、較正関数の多変数曲線を含むことができる。較正関数の決定の例が以下に列挙される。
【００４１】
具体的には、較正関数で使用される既知の関係が、たとえばオフライン法により決定できる。しかし、代わりに、またはさらに、オンライン法を用いて関係を決定することもできる。このやり方で確認される既知の関係は、その後オンライン法で使用されるので、提案される方法の上記の費用および時間の有利な点は減らされない。たとえば、既知の関係は、複数の試験粒子を使用して決定されることができ、この場合、たとえば試験粒子の形態学的クラスおよび／または一次粒子径ａが、オフライン法で、具体的にはイメージング法で決定できる。試験粒子の変数Ｑ、Ｎ、およびｄｍを、その後、上記の特許請求の範囲のうちの１つに従って方法ステップａ）〜ｃ）を使う方法を使用して決定でき、たとえば一次粒子径ａは、形態学的クラスに関係して得られた知識を使用して変数Ｑ、Ｎ、およびｄｍの間の関係を用いて確認することができる。関係は、たとえば適合関数または同種のものを使用して確認できる。
【００４２】
上記で説明されたように、さらに、提案される方法が、少なくとも１つの電荷生成ステップを含むならば特に好ましい。この電荷生成ステップでは、粒子および／または選択されたクラスの定義された電荷状態が確立できる。本明細書では、定義された電荷状態は、粒子および／または選択されたクラスのうちの各粒子の電荷が既知である、あるいは粒子、または粒子のクラスの電荷分布が既知である状態を意味すると理解される。電荷状態は、粒子が全体でゼロとは異なる総電荷を有するという事実に基づいて達成できる、または便宜に応じて、正電荷および負電荷が全体で互いに相殺されるように、全体の中性が達成できる。帯電した粒子が依然として存在するが、中性が全体で優勢なので、後者の場合はまた、いくらか混乱させるが、しばしば「中和」とも呼ばれる。
【００４３】
例として、同様に以下で説明されるように、電荷生成ステップは、提案される方法では異なる場所で役立つことができる。たとえば、電荷生成ステップは、具体的には分類ステップの前またはその間に、および／または電荷決定ステップの前またはその間に実行することができる。電荷生成ステップを実行するためには、今度は、原則的には、従来技術から知られるあらゆる方法を使用して、たとえば従来技術から知られる上記で説明された方法および装置を、具体的にはいわゆるチャージャを使用して、定義された電荷状態を達成することができる。したがって、たとえば、電荷生成ステップは、イオン化された粒子またはイオン化された粒子ビームの使用、および／またはイオン化粒子線および／またはイオン化電磁放射などのイオン化放射の使用を含むことがある。粒子の電荷生成ステップは、放射性放射および／または電磁放射の使用を含むことが好ましい。電荷生成は、直接的方法または間接的方法で行われることがある。したがって、電荷は、粒子を直接イオン化することによるなど、粒子内で直接生成される、および／または粒子に直接移されることがある。あるいは、またはさらに間接的帯電法が使用されることがある。したがって、電荷は、別のキャリア内で生成される、またはたとえば空気分子上といったキャリアガス分子上などの別のキャリア上で生成され、その後、帯電したキャリアを粒子に向けて拡散させることによるなど、帯電したキャリアから粒子上に移されることがある。後者の原理は、一般に「拡散帯電（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｃｈａｒｇｉｎｇ）」として知られ、本発明の下での好ましい帯電機構である。したがって、拡散帯電は、帯電が粒子の物質に大きく左右されないという有利な点を提供する。拡散帯電を利用して、たとえば一般に銀粒子が、重合体粒子、または他のタイプの絶縁物質でできた粒子と同じ方法で帯電される。典型的には、キャリア（キャリアガスなど）以外に、拡散チャージャは、１つまたは複数の放射性物質を、好ましくは気体分子をイオン化することができるα線および／またはβ線などの放射線を放射する物質を含む。一例として、８５Ｋｒおよび／または２１０Ｐｏが指定されることがある。しかし、さらに、または代わりに、ガンマ放射線、および／または紫外放射線、および／またはイオン化された粒子ビーム、および／またはプラズマなどの別のタイプのイオン化放射線および／またはイオン化ビーム、および／またはイオン化手段が使用されることがある。一般に、チャージャはまた、たとえば分類装置、および／または電荷を決定するための装置といった別の装置内に完全にまたは部分的に一体化されることができる。
【００４４】
評価を簡略化するために、まず電荷Ｑおよび数Ｎから感度Ｓを作ることができる。上記で説明されたように、今度は、変数ＱおよびＮはまた、実際の電荷および数と直接相関がある変数を含むことができる、またはそうした変数とすることができる。たとえば、感度は数で除算された電流を含むことができる。一般に、感度Ｓは、電荷Ｑおよび数Ｎのあらかじめ指定された関数であるべきで、具体的には電荷Ｑと数Ｎの商であるべきである。
【００４５】
上記で説明されたように、たとえば電荷Ｑ、数Ｎ、および移動度ｄｍと、少なくとも１つの形態学的パラメータとの間の既知の関係が、評価ステップで使用されることができる。例として、上記の関係ではなく、感度Ｓおよび移動度ｄｍと、形態学的パラメータとの間の関係を使用することもできる。このやり方では、単一クラスだけを分類するときでさえ、すなわちスキャンを使用しないときでさえ、形態学的パラメータを決定することもできる。しかし、代わりに、またはさらに、スキャンすることもでき、その後、形態学的パラメータが適合関数により決定されることができる。異なる移動度ｄｍを有する複数の異なるクラスに対する電荷Ｑおよび数Ｎ（または感度Ｓ）が、その過程において決定される。一次粒子サイズａおよび／または別の形態学的パラメータを決定するための評価ステップにおいて、たとえば一次粒子サイズａといった少なくとも１つの形態学的パラメータでパラメータ化される適合関数が、たとえば一次粒子サイズａといった形態学的パラメータを決定するために、電荷Ｑおよび数Ｎ、または電荷Ｑおよび数Ｎから形成される感度Ｓに適合される。そのような適合操作の例が、以下でより詳細に説明される。
【００４６】
上記で示されたように、形態学的パラメータの知識は、粒子の総量を特徴付け、かつ形態と相関がある、別のターゲット変数または分布を決定するために使用されることができる。上記のターゲット変数Ｘは、少なくとも部分的に粒子の選択されたクラスを特徴付けるが、たとえば粒子または選択されたクラスの粒子の表面積、上記粒子の体積、上記粒子の質量、上記粒子の形状因子、粒子または凝集塊当たりの一次粒子数、あるいは同様の可能なターゲット変数を含むことができる。この場合、このターゲット変数は、異なる移動度ｄｍを有する異なるクラスについて決定されるように決定されることができ、その結果、ターゲット変数が、具体的には移動度ｄｍの関数としてのターゲット変数分布が、突き止められることができる。
【００４７】
上記で例示されたように、提案される方法は、具体的にはオンライン法として、すなわち上記工程（たとえば製造方法または生産方法）がこの目的のために著しく中断されることなく、工程内でほぼリアルタイムに結果を提供する方法として使用されることができる。それにもかかわらず、提案される方法は、任意選択でオフライン測定に拡張されることができる。このことは、たとえば基準測定を行うために、評価ステップのために（上記で例示された）関係を確認するために、または時々プラントを監視するために有利となり得る。この目的を達成するために、提案される方法は、選択されたクラスの若干量の粒子が取り出されるサンプリングステップを含むことができることが好ましい。例として、選択されたクラスごとの粒子、あるいはまた１つまたは複数の特定の選択されたクラスだけに対する粒子も取り出されることができる。取り出される粒子の量は、別の特性決定法で、具体的にはオフライン特性決定法で調査されることができる。
【００４８】
この特性決定法は、具体的にはイメージング法、および／または化学分析法とすることができる。このやり方では、光学顕微鏡法、走査型電子顕微鏡法、透過型電子顕微鏡法、原子間力顕微鏡法、または別の既知のイメージング法、あるいはそのようなイメージング法の組合せを使用して、たとえば形態学的クラス、一次粒子サイズ、または同種のものなどの形態学的パラメータを突き止めることができる。
【００４９】
提案される方法に加えて、さらに粒子の総量を特徴付けるための装置が提案される。該装置は、具体的には上記で説明された実施形態のうちの１つまたは複数による方法を実行するように設計されることができる。したがって、可能な実施形態および定義に関しては、上記の説明が参照されることがある。そのような方法を実行するためには、該装置は具体的にはコントローラを含むことができる。このコントローラは、たとえば集中型コントローラまたは分散型コントローラとすることができ、たとえば電子的コントローラを、具体的にはデータ処理機器を含むことができる。上記のデータ処理機器は、たとえば１つまたは複数のプロセッサ、メモリ、入出力手段、および／または通常データ処理機器内に存在する同様の機器を含む、マイクロコンピュータおよび／またはパーソナルコンピュータを含むことができる。
【００５０】
方法ステップａ）〜ｄ）によれば、該装置は分級器、計数器、電荷計および較正器を含む。本明細書では、分級器は総量からクラスを選択し、計数器は選択されたクラスの粒子数Ｎを決定し、電荷計は粒子の電荷を測定し、較正器は、たとえば形態学的クラス、凝集体クラス、一次粒子径ａ、または複数の形態学的パラメータの組合せといった少なくとも１つの形態学的パラメータを決定する。分級器、計数器、電荷計、および較正器は、本明細書では別個の要素の形だが、直接接続された要素（たとえば互いにラインシステムを介して接続される）の形とすることが好ましい。しかし、要素はまた、たとえば分級器および計数器が完全にまたは部分的に同一構成要素を伴って設計されることができるように、完全にまたは部分的に互いに一体化されることができる。較正器の仕事は具体的にはデータ評価の領域にあるので、較正器は、具体的にはデータ処理機器を含むことができる。さらに、較正器はまた、たとえば入出力動作が行われることができるインタフェースを含むことができ、たとえば形態学的パラメータ（たとえば一次粒子サイズまたは一次粒子サイズ分布）、またはターゲット変数、あるいはそれらから得られるターゲットサイズ分布の問合せが行われることができる。
【００５１】
上記で説明されたように、該装置は具体的にはラインシステムを含むことができる。このラインシステムは、粒子の流れを、具体的には粒子の体積流および／または質量流を導くように設計されるものである。この目的のために、粒子は、上記で説明されたように、気体で運ばれる粒子の形で、具体的にはエアロゾルとして存在することができる。例として、キャリアガスが使用されることができる。分級器、計数器、および電荷計という上記要素は、ラインシステムに接続されるものである。ラインシステム内の分級器は、具体的には計数器および電荷計の上流に接続されることができる。さらに、ラインシステムは当然、たとえば一次粒子および／または１つまたは複数のキャリアガスを導入するために、１つまたは複数の別の気体注入口を含むことができる。さらに、ラインシステムはまた、たとえば体積流量を決定するための測定装置、ポンプ、流量計、流量コントローラ、バルブ、または同種のものといった測定装置および／または制御装置を含むことができる。
【００５２】
計数器および電荷計は、この場合  原則的に互いに直列に接続されることができる。しかし、計数器および電荷計がラインシステムの並列分岐で配列されるならば特に好ましい。この場合、計数器が接続される第１の分岐を通る第１の部分流量と、電荷計が接続される第２の分岐を通る第２の部分流量との間の分岐比が、既知である、または設定されることができる。第１の部分流量および第２の部分流量が同じならば特に好ましい。第１の部分流量および第２の部分流量の間の流量均等化、ならびにラインシステムを通って流れる粒子の総流量を保証するために、システムが少なくとも１つのバイパスラインをさらに含むことができ、バイパスラインは、計数器および／または電荷計を通り越すバイパス流を導くように設計される。したがって、個々の部分的流量を最適なやり方で調節することができる。
【００５３】
上記で説明されたようにこの方法の枠組み内で、粒子の総量のオンライン特性決定に加えて、オフライン分析を行うことが時折時々役立つことがある。したがって、該装置は少なくとも１つの試料採取器を、具体的にはラインシステムに接続される試料採取器をさらに含むことができる。試料採取器は、具体的には選択されたクラスの若干量の粒子を取り出し、かつそれらを別の特性決定法に、具体的にはイメージング法に導入するように設計されることができる。この場合、試料採取器は、原則的に粒子を取り出すどんな所望の手段でも使用することができる。例として、導入部で説明され、かつ従来技術から知られる試料採取器は、粒子をたとえば基板上に置くために使用されることができる。これらの粒子は、たとえばその後イメージング法に導入される１つまたは複数の転写基板上に置かれることができる。
【００５４】
さらに好ましい例示的実施形態が、分級器、計数器、および電荷計の好ましい設計に関する。これらの装置は、今度は、たとえばそのような装置をすべて含み、従来技術から知られるすべての原理を実現することができる。分級器に関しては、分級器が以下の装置、すなわち静電分級器、すなわち分類が電場および任意選択で１つまたは複数の穴または開口部による分離により行われる分級器のうちの少なくとも１つを有するならば特に好ましい。具体的には、上記静電分級器は、１つまたは複数の微分型移動度分析器（ＤＭＡ）を含むことができる。しかし、代わりに、またはさらに、拡散分級器（たとえば拡散分離器）、粒子質量分析器、ナノインパクタ、または同種の分級器、あるいは分級器の組合せなどの別のタイプの分級器も使用されることができる。
【００５５】
計数器は、具体的には凝縮粒子計数器および／または凝縮核計数器、すなわちその後の粒子サイズの計数を簡略化するために、たとえば凝縮という手段により粒子のサイズがまず人工的に増大される計数器を含むことができる。代わりに、またはさらに、計数器はまたレーザ計数器および／または別のタイプの光計数器を含むことがある。代わりに、またはさらに、計数器は、帯電した粒子により引き起こされる電流から粒子数および／または粒子流量を推測するように設計される少なくとも１つの静電計数器を含むこともできる。当然、別のタイプの計数器、または言及された計数器の組合せ、および／または別の計数器も使用されることができる。
【００５６】
電荷計については、電荷計が、帯電した粒子により引き起こされる電流を測定するための電流測定装置を含むならば特に好ましい。しかし、代わりに、またはさらに、電荷計はまた、電位計を、具体的にはファラデーカップ電位計を含むことができる。言及された装置の代わりに、またはそれらに加えて、電荷計が、粒子表面積計を、具体的にはナノ粒子表面積モニタ（ＮＳＡＭ）を含むならば特に好ましい。そのようなナノ粒子表面積モニタが、たとえば、米国特許出願公開第２００６／０２８４０７７号明細書の導入部で言及され説明されており、原則的に電流の測定を含む。そのようなナノ粒子表面積モニタは市販されている。
【００５７】
上記で説明されたように、この装置は、定義された電荷状態を粒子、および／または粒子の選択されたクラスに課すように設計される少なくとも１つの電荷状態生成器をさらに含むことができる。この電荷状態生成器は、具体的には分級器の上流に接続される、または分級器内に含まれることができる、および／または分級器の下流に接続されることができる。電荷状態生成器は、たとえば二極チャージャ、中和装置、放射性放射線源に基づく電荷状態生成器、あるいは電場に基づく電荷状態生成器、あるいは光ビームに、具体的には紫外線ビームに基づく電荷状態生成器、あるいはコロナ放電に基づく電荷状態生成器、あるいは言及された電荷状態生成器および／または別の電荷状態生成器の組合せとすることができる。
【００５８】
それぞれの場合に、例示的実施形態の１つまたは複数で説明される方法および装置は、異なる方法で有利に使用されることができる。環境分析の分野、および／または作業場での保護または毒物学の分野におけるエアロゾル監視のために装置を使用することが特に好ましい。この装置はまた、代わりに、またはさらに、プロセス制御の分野におけるエアロゾル監視のために使用されることができ、少なくとも１つのエアロゾルを使用することに基づく方法が使用され、該装置はそのエアロゾルを監視するために使用される。
【００５９】
一般に、本発明は、プロセス監視の分野、およびプロセス制御の分野で、具体的には気相法で使用されることができることが好ましい。言及される例には、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の製造、（たとえば金属酸化物および／または混合酸化物の）火炎合成およびプラズマ合成、デサブリメーション、高温壁原子炉、分散法および乾燥法、気相分離法（化学蒸着法（ＣＶＤ）および／または化学蒸気合成法（ＣＶＳ））、あるいは同様の製法がある。これらの製法において、説明された方法および装置は、所望の粒子構造（たとえばＣＮＴの長さおよび直径、凝集塊当たりの一次粒子サイズおよび一次粒子部分、焼結した状態、凝集塊表面積、凝集塊体積など）に基づいてプロセス制御を行うために使用されることができる。
【００６０】
さらに、従来の方法では、重量測定でナノスケール粒子の質量濃度を決定することができない、またはやっとのことでしかできない。上記で提案された方法および提案された装置は、具体的には微細な塵の将来の放出限界値およびイミシオン限界値に関して、気体で運ばれるナノスケール粒子の質量濃度を決定するために使用されることができる。さらに、ナノスケール粒子の構造パラメータが、具体的には上述のターゲット変数が、たとえば作業場での保護の分野のために、毒性の可能性と相関がとられることができる。このことは、具体的には吸入毒性の分野だけでなく管理部門、研究機関部門、および専門家部門で有利な点である。
【００６１】
下位請求項と併せて以下の好ましい例示的実施形態の説明から詳細および特徴がさらに続く。この場合、個々の特徴は、それだけで、または別の特徴と一緒に組み合わせて実現されることができる。本発明は、例示的実施形態に限定されない。例示的実施形態は、図面で例示される。この場合、個々の図中の同じ参照番号は、同じ要素、または同じ機能または類似した機能を有する同じ要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明による装置の概略を示す図である。
【図２Ａ】本発明による方法の例示的実施形態の流れ図である。
【図２Ｂ】本発明による方法の例示的実施形態の流れ図である。
【図３Ａ】一次粒子サイズが電荷計内での電流に及ぼす影響の例示的図である。
【図３Ｂ】較正曲線の例を示す図である。
【図４Ａ】一次粒子径のオフライン測定の例を示す図である。
【図４Ｂ】本発明による適合法を使用する、一次粒子径の決定の例を示す図である。
【図５】従来の方法により決定される表面分布と、本発明により決定されるエアロゾルの表面分布との比較を示す図である。
【図６】従来の方法により決定されるエアロゾルの体積分布と、本発明による方法により決定されるエアロゾルの体積分布との比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
図１は、本発明による、粒子の総量を特徴付けるための装置１１０の例示的実施形態の概略的に示す。以下の本文では、別の実施形態の可能性を制限することなく、粒子の総量はエアロゾルからなる粒子を意味すると仮定される。モデルシステムとして、銀のナノ粒子からなる焼結した凝集塊が以下で考察される。しかし、当然、別の粒子またはエアロゾルもあり得る。
【００６４】
図１に示される例示的実施形態において、装置１１０は、エアロゾルがエアロゾル注入口１１４を介して供給されることができる共通ラインシステム１１２を有する。上記のエアロゾル注入口１１４には、たとえばキャリアガス、粒子、エアロゾル、または同種のもののための異なる接続が提供されることができるように、様々な設計があり得る。粒子またはエアロゾルは、たとえば一定の体積流量で調節されるポンプ１１６を使用してラインシステム１１２を通して吸い込まれる。ポンプは、たとえば質量流コントローラ（ｍａｓｓ  ｆｌｏｗ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、ＭＦＣ）１１８を使用して調節されることができる。流量は、たとえば装置１１０のコントローラ１２０により調節されることができる。図１で例示される構成要素の個々またはすべての測定信号が、コントローラ１２０に伝えられることができ、コントローラ１２０は、制御信号および／または調節信号を図１に例示される装置１１０の構成要素の個々またはすべてに出力することができる。このコントローラ１２０は、たとえばマイクロコンピュータおよび／またはパーソナルコンピュータを含むことができる。
【００６５】
ラインシステム１１２では、まずラインシステム１１２を介してエアロゾル注入口１１４に接続される電荷状態生成器１２２が配置される。電荷状態生成器１２２は、たとえば二極帯電源の形とすることができ、たとえば８５Ｋｒ源といったたとえば放射線源を装備されることができる。しかし、別の実施形態もあり得る。
【００６６】
電荷状態生成器１２２は、この場合もラインシステム１１２を介して分級器１２４に接続される。この分級器１２４は、今度は図１にただ象徴的に例示される。この例示的実施形態では、この分級器は、具体的には微分型移動度分析器（ＤＭＡ）、すなわち、たとえば特定の開口幾何形状、および／または電圧、および／または電場を設定することにより、あらかじめ指定された移動度ｄｍを有するクラスをエアロゾルから選択することができる分級器１２４とすることができる。クラスの選択は、選択された移動度ｄｍがコントローラ１２０を用いてあらかじめ指定されることができるように、たとえば今度はコントローラ１２０により制御されることができる。同様の方法で、たとえば移動度スキャンが、すなわち異なるクラスが次々と選択されるスキャンが行われることができる。そのようなスキャンは、たとえば分級器１２４自体内で制御される、および／またはこの場合も、制御コントローラ１２０を用いてあらかじめ指定されることができる。
【００６７】
分級器１２４は、この場合もラインシステム１１２を介して第２の電荷状態生成器１２２に接続される。この場合、エアロゾルのうちの選択されたクラスだけが入ることができることが好ましい。この第２の電荷状態生成器は、この場合も二極チャージャとすることができる。この場合、選択されたクラス全体の中性を確立するために、選択されたクラス内部で電荷平衡が起こるので、下流に分級器１２４が接続されるこの第２の電荷状態生成器１２２は、しばしばいわゆる「中和装置」の役割を果たす。
【００６８】
試料採取器１２８に接続される部分ライン１２６が、分級器１２４と電荷状態生成器１２２の間のラインシステム１１２から分岐する。上記の試料採取器は、たとえばナノ粒子エアロゾル試料の形をとることができ、たとえば上記で説明された試料採取器のうちの１つを含むことができる。この試料採取器１２８は、具体的にはエアロゾルの選択されたクラスまたは複数の選択されたクラスのオフライン特性決定のための試料を得ることができるように設計されるべきである。この目的を達成するために、試料採取器１２８は、その後たとえばイメージング法に導入されるために、エアロゾルの１つまたは複数のクラスの１つまたは複数の粒子が適用されることができる１つまたは複数の試料キャリアを含むことができる。部分ライン１２６は、たとえばちょうどラインシステム１１２の残りの部分のうちの１つまたは複数のように、たとえばサンプリング操作を制御するための１つまたは複数のバルブを装備されることができる。上記のバルブは、今度はコントローラ１２０を介して操作されることができ、その結果、たとえばサンプリングはまた、コントローラ１２０を用いて制御されることができる。
【００６９】
分級器１２４の下流に接続される第２の電荷状態生成器１２２は、この場合もラインシステム１１２を介して計数器１３０および電荷計１３２に接続される。上記の計数器１３０および電荷計１３２は、この場合、並列に接続される。この目的を達成するために、ラインシステム１１２は、計数器１３０につながる第１の分岐１３４、および電荷計１３２につながる第２の分岐１３６に分岐する。２つの分岐１３４、１３６を通る部分流量の比は、既知である、または設定されることができることが好ましい。このことは、たとえばこの場合もコントローラ１２０を用いて調節可能な、たとえば適切な装置および／またはバルブにより行われることができる。２つの分岐１３４、１３６を通る部分流量が、同じとなるように調節されることができれば特に好ましい。
【００７０】
図１に示される例示的実施形態は、計数器１３０および電荷計１３２を通り越してバイパス流量をポンプ１１６に導くバイパスライン１３８をさらに提供する。図１に示される例示的実施形態では、第１の分岐１３４を通って流れる部分流量が、ポンプ１１６を用いて計数器１３０を通って吸い込まれるように、計数器１３０は、その下流側でこの場合もバイパスライン１３８に接続される。
【００７１】
計数器１３０は、たとえば、上記で説明されたように、凝縮粒子計数器（ＣＰＣ）を含むことができる。電荷計１３２は、たとえば粒子の電荷出力を電流として測定する、ドイツ、ＡａｃｈｅｎのＴＳＩ  ＧｍｂＨ社によるＮＳＡＭなどのナノ粒子表面積モニタ（ＮＳＡＭ）を含むことができる。しかし、いずれの場合も、別の実施形態もあり得る。別の可能な実施形態を制限することなく、分級器１２４はまた、以下の本文ではＤＭＡとも呼ばれ、計数器１３０はまたＣＰＣとも呼ばれ、電荷計１３２はまたＮＳＡＭとも呼ばれる。
【００７２】
粒子はまず、分級器１２４の上流に接続され、かつ粒子を電気的に定義された電荷状態に導く第１の電荷状態生成器１２２を通って一定の体積流量に調節されるポンプ１１６を使用して吸い込まれる。上記で説明されたように、これは、たとえば放射線源を使用する二極帯電とすることができる。
【００７３】
その後、粒子は、たとえば静電的やり方で動作する分級器１２２を使用して、同じサイズの、すなわち同じ移動度の単分散部分に分類される。上記の分別は、たとえば電圧または電場を変えることにより変更されることができ、その結果、上記で例示されたように、全体のサイズ範囲、または部分の範囲が、スキャンの枠組み内で測定されることができる。
【００７４】
このように選択されたクラスまたは単分散粒子部分は、その後、分級器１２４の下流に接続され、かつたとえば第１の電荷状態生成器と同じ設計を有する第２の電荷状態生成器１２２内の電気的に定義された電荷状態に再び導かれることが好ましい。その後、気体流は分割され、第２の分岐１３６を介して電荷計に導かれることができる。粒子上に配置される電荷は、電荷計で検出される。粒子上の電荷は粒子の表面積と相関があるので、単分散部分またはクラスの粒子の表面積も、直接にまたは間接的に検出される。
【００７５】
第２の気体流が、第１の分岐１３４を介して計数器１３０の中に導かれる。上記で説明されたように、凝縮核計数器または電位計が、とりわけナノスケール粒子に適している。
【００７６】
したがって、例示の装置は、移動度ｄｍをあらかじめ指定するまたは設定するために、かつ電荷計１３２および計数器１３０を用いてこのように選択される部分またはクラスの電荷Ｑおよび粒子数Ｎを測定するために使用されることができる。計数器１３０および電荷計１３２はまた、図１中で別個の要素として示されているが、これらはまた、完全にまたは部分的に同じ構成要素を使って設計されることができることに留意されたい。
【００７７】
このようにしてオンラインで決定されることができる変数ｄｍ、Ｑ、およびＮに加えて、任意選択の試料採取器１２８を使用してオフライン分析を行うことができる。オフライン分析は、同時に動作されることができるが、ラインシステム１１２内に一体化されることもできる。粒子サイズに応じて分離されるような粒子は、たとえば化学分析、オフラインＲＥＭ／ＴＥＭ分析、または同様なタイプの分析のために使用されることができる。
【００７８】
本発明による方法の可能な例示的実施形態が、図２Ａおよび２Ｂの例示を参照して以下に説明される。この場合、図１の例示的実施形態による装置１１０が参照される。しかし、原則的に、別のタイプの装置１１０も、本発明による方法の枠組み内で使用されることができる。
【００７９】
図２Ａでは参照番号２１０が分類ステップを象徴的に示す。この分類ステップ２１０において、ここではたとえば移動度径ｄｍにより示される移動度が、上記で説明されたように、たとえば分級器１２４のＤＭＡを用いてあらかじめ指定される。
【００８０】
さらに、図２Ａでは参照番号２１２が計数ステップを象徴的に示す。たとえば計数器１３０またはＣＰＣを使用して実行されることができるこの計数ステップ２１２は、分類された粒子数Ｎを決定する。上記で例示されたように、この数Ｎはまた、たとえば粒子流量、すなわち時間単位当たり第１の分岐１３４を通って流れ、かつ分類された粒子の、すなわちたとえば粒子部分の凝集した粒子の総数に関する情報を直接与える粒子数といった類似変数とすることができる。
【００８１】
図２Ａでは参照番号２１４が電荷決定ステップを象徴的に示す。この電荷決定ステップでは、たとえば電荷計１３２またはＮＳＡＭを使用して、分類された粒子の電荷が決定される。しかし、実際には、たとえばＮＳＡＭが使用される場合、具体的には電荷ではなく電荷と直接相関がある変数が、一般に電流Ｉが、決定される。上記で例示されたように、「電荷」という用語は電流Ｉを包含するべきである。したがって、電流Ｉは、以下では電荷Ｑと部分的に同一視される。
【００８２】
図２Ａにおいて参照番号２１６で象徴的に示される別のステップでは、感度Ｓが、２つの測定変数ＮおよびＩ（またはＱ）から突き止められ、感度Ｓが上記の２つの測定変数の関数となる。電流Ｉと数Ｎの商、すなわちＩ割るＮが、ここでは特に有用であることが分かっている。原則的には、感度の検出２１６は、任意選択の方法ステップであるが、その後の評価および較正を容易にすることができる方法ステップである。たとえば、感度は、たとえば除算器を使用するといった１つまたは複数の電子構成要素を使用して、あるいはたとえば１つまたは複数のコンピュータプログラムによりプログラム制御される、たとえばこの場合もコントローラ１２０といったたとえば完全にまたは部分的にコンピュータにサポートされるやり方で突き止められることができる。
【００８３】
次に、原則的には、１つまたは複数のターゲット変数Ｘが、凝集した粒子の今や既知の移動度径または移動度ｄｍから、電流Ｉまたは電荷Ｑから、および上記の信号または変数の適切な組合せによる数Ｎから決定されることができる。たとえば、数分布、表面分布または体積分布、および形状因子が、緩くかつ焼結した凝集塊から得られることができる。さらに、たとえば凝集塊当たりの一次粒子サイズおよび一次粒子数、および／または質量、および／または質量分布が計算されることができる。
【００８４】
図２Ａによる本発明の方法では、移動度のあらかじめ指定される変数ｄｍ、ならびに測定変数ＮおよびＱまたはＩを使用して、別の評価が評価ステップでもたらされる。図２Ａではこの評価ステップが、参照番号２１８により象徴的に示される。この評価ステップ２１８の目的は、たとえば一次粒子サイズａといった少なくとも１つの形態学的パラメータを突き止めることである。この場合も評価ステップ２１８は、たとえばこの場合も図１内の装置１１０のコントローラ１２０を使用するといった完全にまたは部分的にコンピュータにサポートされるやり方で実行されることができる。この目的を達成するためには、このコントローラは、たとえばプログラム技術の点で適切に装備されることができるデータ処理機器を含むことができる。
【００８５】
評価ステップ２１８を実行するための可能な実施形態を理解しやすくする目的で、図３Ａおよび３Ｂが参照される。
【００８６】
例として、図３Ａは、電荷計１３２（たとえばＮＳＡＭ信号）を使用して測定される信号ＱまたはＩと、凝集した粒子の形態との間に関係があることを示す。グラフでは、ＮＳＡＭ信号が、既知の粒子数に対する焼結温度Ｔ（℃で測定される）の、すなわち粒子が焼結された温度の関数として電流Ｉ（たとえば粒子当たりｆＡの単位で）の形で記入される。異なる記号は、異なる全体サイズの、すなわち異なる移動度径の粒子を示し、１８０ｎｍおよび８０ｎｍの間の値が使用されている。
【００８７】
部分画像３１０〜３１４は、例として選択された３つの異なる焼結温度での粒子または凝集塊のオフライン画像を示す。これらの画像は、イメージング法を使用して得られ、この事例では透過型電子顕微鏡が使用されている。しかし、別のイメージング法も使用されることができる。例として、図１による装置１１０内のこれらの粒子は、試料採取器１２８を使用してラインシステム１１２から取り出され、イメージング法に導入されることができる。
【００８８】
部分画像３１０〜３１４で見られることができるように、焼結温度が、凝集塊の形状に重大な影響を及ぼす。ほんの２０℃の焼結温度で、あらかじめ指定されたモデルシステムでは、凝集塊は、以下では一次粒子３１６とも呼ばれる、単にほぼ球形の不完全な粒子の緩い連結の形にすぎない。しかし、使用される粒子システムのタイプに応じて、一次粒子３１６はまた、たとえば正方形の幾何形状、板型の幾何形状、柱型の幾何形状、または同種のものといった異なる幾何形状を有することができる。一次粒子３１６が球形の場合、直径は一次粒子サイズａとして役立つことができるが、一次粒子３１６が別の幾何形状の場合、エッジ長（ｅｄｇｅ  ｌｅｎｇｔｈ）などの、一次粒子３１６のサイズを特徴付ける別の変数が使用されなければならない。手作業の評価、またはイメージング法を使用する評価（たとえば円を画像３１０内の一次粒子３１６に合わせることによる）を用いて、一次粒子サイズａ、およびそれらを平均した値、すなわち平均値をオフラインで決定することができる。以下の本文では、球形と仮定される一次粒子の半径が一次粒子サイズと見なされる。
【００８９】
画像３１４および３１６（それぞれ焼結温度が２００℃および６００℃）と第１の画像３１０（焼結温度が２０℃）の比較から明らかなように、粒子の形態が変化し、一次粒子サイズａは焼結温度の上昇と共に増大する。この場合も、一次粒子３１６のサイズは、たとえば手作業、またはコンピュータにサポートされた画像評価法により決定されることができる。非常に高い温度では、一次粒子３１６の形状が単一の球形に近づくので、一次粒子サイズａは一定値に近づく。
【００９０】
部分画像３１０〜３１４は、異なる形態学的クラスを示す。したがって、部分画像３１０中の粒子３１８は、一般に「凝集塊」と呼ばれる。凝集塊は、一般に一次粒子３１６が大部分はファンデルワールス力により互いに「連結される」凝集を含む。部分画像３１０中に示される凝集塊とは対照的に、部分画像３１４中の粒子３１８は、大体球形を示す形態学的「対掌体（ａｎｔｉｐｏｄｅ）」の代表である。その間に、部分画像３１２中に示される粒子は、一般的に「凝集体」と呼ばれる。凝集体では、一次粒子３１６は、既に分解することがかなり困難だが、大部分は物質のブリッジにより互いに連結される。
【００９１】
部分画像３１０〜３１４で示される３つの形態学的クラスは、一次粒子１３６の一次粒子サイズａ、および／または別の形態学的パラメータなどの１つまたは複数の形態学的パラメータを使用して、数値的に特徴付けられることがある。したがって、とりわけ以下で「形状因子」と呼ばれる形態学的パラメータｋが、幾何学的形状または形態学的形状を厳密な意味で必ずしも記述していないことがあっても、使用されることがある。代わりに、またはさらに、別の形態学的パラメータが使用されることがある。形状因子ｋは、焼結の度合い、凝集のタイプ、および／または微粒子またはナノ粒子のタイプを記述する。したがって、ｋは「凝集塊」、「凝集体」、または「球体」などの「粒子クラス」または「粒子タイプ」を記述する。たとえば凝集体は凝集塊のような似た形状を有することができるので、ｋは粒子形状と必ずしも関連付けられないことがある。たとえば部分図３１０〜３１４で示される３つの形態学的クラスよりも多いクラスを有する分類といった異なる分類もあり得る。部分図３１０〜３１４で例示される凝集塊または粒子３１８の形状の比較により、２０℃（部分画像３１０）から２００℃（部分画像３１２）を超え６００℃（部分画像３１４）までの焼結温度で、緩い連結（たとえば形態学的クラス１、部分画像３１０）から、部分的焼結（たとえば形態学的クラス２、部分画像３１２）を超え、ほぼ球形（たとえば形態学的クラス３、部分画像３１４）まで変化する粒子３１８の形状が、電荷計１３２の信号に明らかに影響を及ぼすことが分かる。このことは、画像３１０〜３１４で見られるように、焼結温度が上昇すると共に表面積が減少し、最後に単一の球形の値に近づくという事実と関連がある。上記で説明されたように、表面積が増大するにつれ、より多くの電荷が受け取られるので、粒子３１８が想定することができる電荷は、粒子３１８の表面積と強い関連がある。
【００９２】
この関連を、たとえば一次粒子サイズａ、および／または別の形態学的パラメータが、移動度ｄｍ、電荷Ｑまたは電流Ｉ、および粒子数Ｎから推測されることができる較正曲線を形成するために利用することができる。そのような較正曲線の例が図３Ｂに示されている。この図では、この場合、電流である、電荷計１３２（たとえばＮＳＡＭ）により測定された感度Ｓが、計数器１３０（たとえばＣＰＣ）により測定された粒子数により除算され、ｎｍ単位の移動度径ｄｍの関数として単位Ｓ（ｆＡｃｍ３）で図に記入される。感度の単位は、電流が通常、粒子当たりＡまたはｆＡで測定された結果であり、一方、粒子数は、たとえばｃｍ３当たりの粒子で与えられることができる。
【００９３】
この図では、３つの別々に焼結した粒子に対する測定値が図に記入され、その結果３つの異なる曲線３２０、３２２、および３２４ができる。これらの較正曲線は、図３Ａ中の部分画像３１０〜３１４による粒子３１８の焼結温度２０℃、２００℃、および６００℃に対応する。この図では、理論的測定曲線が測定値に合わせられ、それにより中間の値の読みが可能になり、たとえば実際の較正関数３２０〜３２４を形成することができる。
【００９４】
原則的には、一次粒子サイズおよび／または形状因子などの所望の１つまたは複数の形態学的パラメータを演繹することを適合が考慮する限り、多かれ少なかれ任意の理論的、半経験的、または経験的な曲線が使用されることがあり、測定値に合わせられることがある。本発明の範囲が限定されることを意味しない一例として、以下の理論的または半経験的な曲線が使用されることがあり、詳細に説明される。本発明は、以下に概説される理論の正しさに拘束されず、別の曲線および／またはモデルが使用されることがある。
【００９５】
実験結果は、感度Ｓと、単純な球の場合については図３Ｂ中の移動度ｄｍに対応する球の直径ｄの間の関係を導く。
Ｓ＝ｘ（ｄ）ｈ  （２）
【００９６】
相互関係（２）は、半径ａ（この式および以下では一次粒子サイズと呼ばれる）を有する個々の孤立した一次粒子について当てはまると仮定されることがある。
ＳＰ＝ｘ（２ａ）ｈ  （３）
【００９７】
一例として、図３Ａの部分画像３１０の粒子３１８などの緩い凝集塊を考えてみる。物理的に、凝集塊はＮＰの数の一次粒子３１６からなる。しかし、これらの一次粒子３１６は、一般に孤立した球のようには電荷に寄与しない。したがって、凝集塊の感度Ｓは、ＮＰ×ＳＰよりも小さい。緩い凝集塊の感度は、ＮＣの孤立した粒子３１６の総感度と等しいと仮定され、ここでＮＣ＜ＮＰである。
Ｓ＝ＮＣＳＰ  （４）
【００９８】
上式で、ＮＣは、凝集塊の電気的特性を示す、凝集塊粒子３１８内の一次粒子３１６の相当数である。
【００９９】
理論では、ＮＣとＮＰの間の関係が以下のように書かれることができると仮定されることがある。
0005399415.tif 000002
【０１００】
上式で、ｃは０＜ｃ＜１の係数を示す。一次粒子３１６の数ＮＰは、ＬａｌｌおよびＦｒｉｅｄｌａｎｄｅｒによる以下のモデルを使用して計算されることができる。
【０１０１】
【数１】
0005399415.tif 000003
【０１０２】
パラメータλの意味は、以下でより詳細に議論される。上述の方程式（３）〜（６）を組み合わせて、緩い凝集塊の感度Ｓを以下のように書くことができる。
【０１０３】
【数２】
0005399415.tif 000004
式中で、
【０１０４】
【数３】
0005399415.tif 000005
である。
【０１０５】
適合相互関係（７）におけるパラメータは、以下のように議論される。λは気体分子の平均自由工程である。ｃ＊は、ＤａｈｎｅｋｅならびにＬａｌｌおよびＦｒｉｅｄｌａｎｄｅｒにより使用される理論モデルから知られるパラメータである。凝集体の配向がランダムであるとき、ｃ＊の値は、乱反射については９．３４、正反射については６．８５である。ｃ＊の値は、異なる配向に対して変化する。適合手順では、配向が決定されると、ｃ＊は定数になる。ｘおよびｈは、実験データおよび相互関係（２）から得られるパラメータである。調節されることがある２つのパラメータがｃおよびｋである。式中、ｋは形状因子を示し、部分図３１０、３１２、および３１４で示される３つの異なる形態学的クラスなどの、上記で議論されたような、粒子３１６の形態を特徴付ける。
【０１０６】
この理論的または半経験的な方法では、適合の目標は、一次粒子サイズａを決定することである場合がある。
【０１０７】
一般に、緩い凝集塊の実験データが、たとえば図３Ｂで示されるように、ｄｍの関数として感度Ｓを提供することがある。適合手順は、以下のように説明されることができる。ｃの値もｋの値も既知であると仮定し、次にａが既知であり、相互関係（７）を以下のように書くことができる。
【０１０８】
【数４】
0005399415.tif 000006
【０１０９】
ここでは、線形適合が
【０１１０】
【数５】
0005399415.tif 000007
と
【０１１１】
【数６】
0005399415.tif 000008
の間で行われることができる。この場合、線形相関の傾きはａである。
【０１１２】
ｃおよびｋの値が決定される必要がある。論理的方法は、一次粒子サイズａの値が、電子顕微鏡から得られる物理的値に近くなるようにｃおよびｋの値を割り当てることである。この方法は、電子顕微鏡などのオフライン特性決定を使用する適合法の任意選択の較正ステップと考えられことができる。さらに、または代わりに、文献の値、および／またはデータベースが使用されることがある。したがって、たとえば銀およびＳｉＯ２の凝集塊に対するデータが、この較正を完了させるために利用可能である。銀およびＳｉＯ２に対するｃおよびｋの値および／または他の凝集塊がソフトウェアを使用することによるなどの評価ステップで補われることがある。
【０１１３】
前もって較正されていない新しいタイプの凝集塊については、ｃおよびｋの値が、一般に分からないことがある。異なるタイプの緩い凝集塊に対するｃおよびｋの値が以前の実験データとは異なることがあるが、一般には一定範囲内にとどまることができる。この場合、１つの選択肢は、新しいタイプの凝集塊および未知のタイプの凝集塊に対して、ソフトウェアでデフォルト値を使用することによるなど、ｃおよびｋの所定の値を使用することである。そのような方法の誤差は、一般に分からないが、許容し得る。追加で、または代わりに使用されることがある別の選択肢は、操作者がｃおよびｋの値を変更できるようにし、ａの変化を観察することである。より多くの応用およびより多くの実験データがあれば、適合パラメータｃおよびｋのデータベースは大きくなり、より多くのタイプの凝集塊を含むことができる。
【０１１４】
較正曲線３２０〜３２４の数は原則的に望みに応じて拡大されることができるが、較正曲線３２０〜３２４それぞれは、異なる一次粒子サイズａ、および／または異なる形状因子ｋ、および／または別の形態学的パラメータを特徴付けるので、ここで、移動度ｄｍ（分級器１２４の設定による）、および感度Ｓ（測定値Ｎ、およびＱまたはＩによる）が既知である場合、それらの値に対応する特定の較正曲線を突き止めることができる。たとえば、較正曲線群が、データストア内に記憶される、Ｓおよびｄｍと、記憶された較正曲線との比較が、該当する較正曲線を選択するために使用されることができる。次に、一次粒子サイズａ、および／または形状因子ｋ、および／またはこの較正曲線に関係する別の形態学的パラメータが、評価ステップの評価の結果（適切であれば、仮の結果）となることがある。
【０１１５】
これまで図２Ａで例示された方法は単に、単一粒子部分に対して、すなわち分級器１２４により選択される単一粒子クラスに対して、一次粒子サイズａ、および／または形状因子ｋ、および／または別の形態学的パラメータが決定される静的方法を表す。図２Ｂでは、この方法は、異なるクラスが次から次に選択され、それに応じて一次粒子サイズａが決定されることにより拡張される。このことは、図２Ｂで例示されるこの方法の変形がスキャン法であることを意味する
【０１１６】
図２Ａについて上記で説明された方法によれば、クラスごとに、一次粒子サイズａが決定される。この方法では、たとえば一次粒子サイズａから得られるターゲット変数Ｘの分布を決定することができる。このうちの例が数分布、表面分布、体積分布、質量および／または質量分布、あるいは緩い構造を有する凝集した粒子の形状因子のこともある。
【０１１７】
一次粒子サイズａから得られ、かつ理想的なものとして考える球形を仮定する移動度径ｄｍよりも凝集した粒子３１８（図３Ａ中の部分図３１０〜３１４を参照のこと）の実際の外形をよく記述するそのようなターゲット変数分布が、従来の測定法からの相当なずれにつながり得ることを図５および６が示す。たとえば、エアロゾルの表面分布（この場合も、ここでは焼結された銀粒子がモデルシステムとして使用された）が、ターゲット変数Ｘまたはターゲット変数分布の一例として図５に記入されている。粒子サイズの対数のクラス幅ｄｌｏｇ  ｄｐで除算された微分表面積部分ｄＡが、それぞれの場合について例示されている。図中、曲線５１０は、測定が球の仮定に基づく分布を表す。一方、曲線５１２は、上記で説明された方法が実際の一次粒子サイズａを決定するために使用され、かつ表面積が上記の一次粒子サイズａから推測された分布測定結果を表す。具体的には最大値の範囲内の分布５１２は、従来のやり方で決定された分布５１０を相当超えることが明らかに理解されることができる。しかし、上記で例示されたように、表面積はたとえば凝集塊の毒性に重大な影響を及ぼすので、この差は、たとえば毒性評価、および粒子の総量の分類に重大な影響を及ぼし得る。たとえば、同じことが、たとえば化学反応性、環境汚染、プロセス特性、または同種のものなどの、表面積に結びつけられる粒子総量の別の特性にも適用される。したがって、粒子総量のより現実的な評価が、自然科学、技術、および医学の多くの分野で重要な利点を提供する。
【０１１８】
図５に類似して、体積分布が、別の可能なターゲット変数分布として図６に記入されている。この場合も、室温で焼結された、６．９ｎｍの一次粒子径を有する銀粒子が使用された。この図では、微分体積部分ｄＶで与えられ、粒子サイズの対数クラス幅ｄｌｏｇ  ｄｐで除算された、粒子の体積分布が記入されている。この図では、曲線５１０に類似して、曲線６１０が、球の仮定に基づく分布を指すのに対し、曲線６１２が、一次粒子径ａを有する凝集塊に基づく分布を特徴付ける。
【０１１９】
体積分布の場合、球の単純化により生み出される誤差が分布に３乗で入り込むので、この場合、より現実的モデルと、球という単純化された仮定の間の差は、図５による表面分布の場合よりもさらに強い影響がある。凝集塊の仮定に基づく分布６１２は、球の仮定に基づく分布６１０の下側にあることが明らかに理解されることができる。このことは、図３Ａの部分画像３１０〜３１４に関して、凝集塊は、同じ質量では緩い凝集塊はかなり低い移動度を有する、または部分図で例示されるように同じ移動度ではより少ない質量を有するという事実により、例示的に説明されることができる。質量分布のより現実的な決定における進歩でさえ、粒子の特性の予測、または粒子の総量の特性の予測に大きな影響を及ぼすことができる。
【０１２０】
図２Ａおよび２Ｂに例示される方法では、まず形態学的パラメータ（たとえば形態学的クラス、またはこの事例の例として一次粒子サイズａ）が、特定の粒子クラスについて、すなわちあらかじめ指定される移動度ｄｍを有する粒子部分について、たとえば図３Ｂ中の較正曲線３２０〜３２４を使用して、または別の既知の関係を使用して統計的に決定される。その後、図２Ｂで例示されるスキャンが行われる。しかし、必ずしもこのようになる必要はない。たとえば、電荷Ｑ（または電流）、数Ｎ、および任意選択でこれらからの感度Ｓが、多数の移動度ｄｍについて決定されるスキャンが最初に行われることもあり得る。その後、適合関数を移動度ｄｍの関数として変数Ｑ、Ｎ、およびＳの図に合わせることにより、形態学的パラメータを決定することができる。そのような方法の変形の一例が、図４Ｂに例示されている。図３Ｂと同様に、図４Ｂではこの場合も感度Ｓが移動度ｄｍの関数として図に記入されている。この図では測定点は、スキャン中に突き止められた測定値を表す。適合関数４１０がこれらの測定値に合わせられた。適合関数４１０は、これらの測定値を一次粒子サイズａでパラメータ化している。たとえば、適合関数は、一次粒子サイズａを決定するために、移動度ｄｍに対する感度Ｓの線形従属性、指数関係または二次の関係、あるいは測定結果に合わせられる別の経験的、半経験的、または理論的に突き止められた関係を有することができる。したがって、スキャンの結果として、上記適合関数４１０から一次粒子サイズａを同様に計算することができる。たとえば、この事例では、一次粒子サイズは６．８８ｎｍに決定された。
【０１２１】
図４Ａでは、オフライン法を使用する一次粒子サイズ決定の結果が、比較のために例示されている。このオフライン法は、たとえば図３Ａの部分画像３１０〜３１４に類似するイメージング法を使用して得られる結果の、たとえばコンピュータにサポートされる評価を含むことができる。図４Ａでは、いずれの場合も、特定サイズの光学的に計数された一次粒子の数が、一次粒子径２ａの関数として図に記入されている。この場合、２２３点の評価が、平均値６．９ｎｍという結果となり、この値は図４Ｂによる適合関数に合わせる手段により突き止められた値６．８８ｎｍとうまく合致する。したがって、この方法はまた、一次粒子サイズ、および一次粒子サイズから任意選択で得られるターゲット変数の決定のためにうまく利用されることができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１１０  粒子の総量を特徴付けるための装置
１１２  ラインシステム
１１４  エアロゾル注入口
１１６  ポンプ
１１８  質量流コントローラ
１２０  コントローラ
１２２  電荷状態生成器
１２４  分級器
１２６  部分ライン
１２８  試料採取器
１３０  計数器
１３２  電荷測定システム
１３４  第１の分岐
１３６  第２の分岐
１３８  バイパスライン
２１０  分類ステップ
２１２  計数ステップ
２１４  電荷決定ステップ
２１６  感度の検出
２１８  評価ステップ
３１０  焼結温度２０℃での凝集塊画像
３１２  焼結温度２００℃での凝集塊画像
３１４  焼結温度６００℃での凝集塊画像
３１６  一次粒子
３１８  粒子
３２０  焼結温度２０℃に対する較正曲線
３２２  焼結温度２００℃に対する較正曲線
３２４  焼結温度６００℃に対する較正曲線
４１０  適合関数
５１０  球に基づく分布
５１２  凝集塊に基づく分布
６１０  球に基づく分布
６１２  凝集塊に基づく分布
【図１】
0005399415.tif 000009
【図２Ａ】
0005399415.tif 000010
【図２Ｂ】
0005399415.tif 000011
【図３Ａ】
0005399415.tif 000012
【図３Ｂ】
0005399415.tif 000013
【図４Ａ】
0005399415.tif 000014
【図４Ｂ】
0005399415.tif 000015
【図５】
0005399415.tif 000016
【図６】
0005399415.tif 000017